10 невероятных строительных технологий, которые могут изменить мир
Последствия пребывания людей на Земле усугубляются с каждым днем. Наше потребление энергии растет и становится только хуже. Население также растет, что создает серьезную нехватку пространства, воды и еды. Наконец, стремительно меняется окружающая среда, и природа оказывает серьезное влияние на города по всему миру. Для решения ряда таких проблем необходимы инновационные изменения в сфере старых строительных технологий, которые сделают будущее красивым, чистым и, самое главное, пригодным для жизни.
Бамбуковые города
Большинство современных людей считают бамбук декоративным материалом. Но на самом деле это невероятный строительный ресурс. Бамбук растет быстро, он прочнее стали и устойчивее цемента. Поэтому Penda, архитектурная студия в Пекине, Китай, хочет использовать бамбук в качестве основного ресурса для строительства целого города.
Этот город будет устойчивым, экологически чистым и недорогим. Здания будут строить, связывая бамбуковые пучки вместе, перевязывая их веревкой. Используя такую технику, Penda думает, что сможет построить город, который вместит 200 000 человек к 2023 году.
Как только общая структура будет завершена, можно будет с легкостью добавлять горизонтальные и вертикальные блоки. Кроме того, комнату или даже целое здание из бамбука можно будет разобрать без особых усилий, а бамбуковые прутья всегда можно использовать повторно.
Алмазные нанонити
Насколько нам известно, алмазы — самый прочный минерал, который встречается в природе на Земле. Это делает алмазы прекрасным строительным материалом при должном подходе.
Ученые Пенсильванского университета создали инновационные алмазные нанонити, которые в 20 000 раз тоньше человеческого волоса. При этом алмазные нанонити считаются самым прочным материалом на Земле (и, возможно, в целой Вселенной). Помимо тонкости и прочности, они также невероятно легкие.
Исследователи смогли создать эти нити ультратонких алмазов, применяя чередующиеся циклы давления к изолированным молекулам бензона в жидком состоянии. В результате этого рождались кольца атомов углерода, которые были упорядочены в цепи.
Такие нанонити, возможно, вряд ли будут использовать в повседневном строительстве, но в амбициозные проектах, например, при создании троса космического лифта, вполне.
Аэрогелевая изоляция
Аэрогель — не новый материал. Его обнаружили еще в 1920-х годах. Он создается в процессе удаления жидкости из геля и замещения жидкости газом. В процессе этого, вещество становится сверхлегким, поскольку на 90% состоит из воздуха. Для изоляции оно подходит идеально. Аэрогель использовали для изоляции трубопровода в промышленных зонах и даже на марсоходе.
Aspen Aerogels хочет использовать аэрогели для домашней изоляции. Компания создала продукт под названием одеяла Spaceloft, с которыми довольно просто работать из-за их веса и тонкости. Несмотря на свою легкость, эти одеяла в два-четыре раза превосходят по изоляционным свойствам традиционные изоляции из стекловолокна или пены.
Одеяла Spaceloft также позволяют парам воды проходить через них, а также являются огнестойкими, как ни странно. Хотя дома, обернутые аэрогелем, не будут такими же огнестойкими, как дома в «451 градус по Фаренгейту», этот тип изоляции должен уменьшить количество домашних пожаров.
Проблема в том, что аэрогель намного дороже традиционной изоляции, хотя и сэкономит деньги на счетах за энергию на длинной дистанции. Кроме того, не все дома можно с легкостью модернизировать этим материалом. Такие одеяла лучше всего подойдут для старых домов, либо новых, которые будут специально устроены для изолирования аэрогелем.
Дорожный принтер
Прокладка дороги занимает много времени. В среднем один работник может проложить 100 квадратных метров в день, используя традиционные методы. Дорожные принтеры вроде Tiger Stone могут сократить этот процесс, «распечатывая» до 300 квадратных метров булыжной мостовой в день.
Другой RoadPrinter RPS может укладывать до 500 квадратных метров в день. От одного до трех операторов кормят кирпичами машину. Затем толкатель сортирует кирпичи в узор, словно ковер. В этот момент гравитация берет свое и машина укладывает кирпичную дорогу. Затем похожий на каток валик придавливает кирпичи к месту.
Эти принтеры работают на электричестве и не содержат множества движущихся частей, что делает их простыми в использовании и обслуживании. Кроме того, они не создают много шума, особенно по сравнению с традиционными методами мощения дорог.
Конечно, основное различие между большинством дорог и теми, что укладывают эти печатные машины, в том, что они кладут кирпичи, булыжник или плитку вместо асфальта. Тем не менее блочные дорогие даже лучше, чем асфальт, поскольку они фильтруют воду, расширяются при замерзании и служат дольше.
Бестросовые многонаправленные лифты
Большая проблема с крупной инфраструктурой в том, что нет эффективного способа в ней перемещаться. Люди ходят всегда с одной скоростью и на определенное расстояние. И в каждом лифте зачастую лишь одна движущаяся кабинка. Если вам приходилось использовать лифт в большом здании, вы знаете, что иногда ожидание смерти подобно.
Немецкий производитель лифтов ThyssenKrupp планирует избавиться от этих проблем. Вместо использования кабелей он предлагает пустить лифты на основе магнитной левитации (маглевы). Тогда они смогут передвигаться как вертикально, так и горизонтально. Это также позволит использовать больше одной кабинки на шахту, что сэкономит время ожидания.
Наконец, магнитные лифты будут потреблять меньше энергии, что тоже хорошо для окружения. В 2016 году ThyssenKrupp планирует испытать новую лифтовую систему в здании в своем исследовательском кампусе.
Солнечная краска
Если каждый домовладелец распишет свою крышу такой солнечной краской, то сможет вырабатывать более чем достаточно энергии для дома, уменьшив таким образом зависимость от ископаемого топлива. Кроме того, солнечная краска дешевле в производстве, чем традиционные солнечные батареи. Солнечные батареи, используемые в этой краске, пока не очень эффективны, но ученые работают над этой проблемой.
Вертикальные города
Один из способов решить эту проблему — строить вертикальные города. Уже есть несколько предложений по вертикальным городам, которые можно построить в Сахаре, Объединенных Арабских Эмиратах (ОАЭ) и Китае.
Эти вертикальные города будут с гигантскими зданиями, которые будут обеспечивать людей жилыми домами, рабочими местами и магазинами. К примеру, итальянская фирма Luca Curci Architects собирается строить 189-этажное здание в ОАЭ. Оно сможет вместить 25 000 человек с магазинами и офисами. Поскольку людям не нужно будет покидать здание, это позволит решить проблему пространства и снизить уровень выброса углерода.
Такие мегаздания будут самоподдерживающимися и зелеными. Поскольку они большие, по всей площади стен можно разместить солнечные батареи. Также они будут использовать геотермальную энергию и собирать дождевую воду.
Умный бетон
Большинство типов бетона позволяет воде впитываться в землю, но лишь 300 миллиметров в час. Topmix позволяет пропускать 36 000 миллиметров воды в час, а это порядка 3300 литров в минуту.
Вместо того чтобы использовать песок для бетона, Topmix включает кусочки гранитного щебня, упакованные вместе. Вода просачивается через эти кусочки гранита, а после поглощается почвой, утекает в канализацию или собирается в водный резерв. Помимо уменьшения шанса затопления, Topmix сможет поддерживать улицы сухими и безопасными. Кроме того, воду можно направить в резервуары и использовать для нужд.
Проблема проницаемого бетона в том, что его можно использовать лишь в местах, где не слишком холодно. Холодная погода приведет к расширению бетона, что его уничтожит. Он также будет дороже обычного бетона, но на длинной дистанции города могут сэкономить деньги за счет снижения затоплений.
Умные кирпичи
Взглянув на Smart Bricks разработки Kite Bricks, несложно заметить их сходство с кубиками Lego. Эти строительные кирпичи имеют ручки сверху и могут соединяться подобно кусочкам Lego. Умные кирпичи удерживаются на месте при помощи арматуры и бывают самых разных форм.
Вместо использования цемента, такие кирпичи скрепляются вместе сильным двусторонним адгезивом. Изнутри здания к кирпичам можно прикрепить съемные сменные панели. Эти панели можно убрать при необходимости. Имеются также кубики для выстраивания полов и потолков. В центре блоки пустые, их можно заполнить при необходимости изоляцией, трубами и электропроводкой.
Такие кирпичи могут привести к улучшенному контролю тепла, гибкости в производстве и снижению стоимости производства на 50%.
Рой строительных роботов
В поиске инновационных методов строительства, Гарвардские исследователи обратились к природе за вдохновением, в частности, к термитам. Термиты могут строить большие структуры в отсутствие центрального управления. С этой целью они просто несут кусок грязи на место первой строительной площадки. Если она занята, несут к следующему месту.
Проект TERMES использует ту же идею роевого строительства, но использует маленьких роботов. Эти простые недорогие дроны строят структуры, следуя первоначальному дизайну и выкладывая блоки в первое же доступное место, пока структура не будет завершена. Рой совсем не требует вмешательства человека после постановки первоначальной задачи.
Такой род идеально подошел бы для строительства конструкций в опасных местах, в космосе или под водой. Он также мог бы делать черную работу, экономя время людей.
9 популярных технологий быстрого строительства домов
Возвести коттедж за один строительный сезон мечтают многие застройщики. На сегодняшний день таких технологий достаточно. Но стоит ли овчинка выделки? Рассмотрим особенности наиболее популярных технологий быстрого строительства зданий
Тем, кто предъявляет высокие требования к экологичности дома, стоит обратить внимание на коттеджи из клееного или утепленного бруса.
Клееный брус
Представляет собой материал, склеенный под прессом из высушенных и проструганных (с четырех сторон для получения точной геометрии) заготовок-ламелей из хвойных пород древесины. Волокна ламелей расположены в разных направлениях, что делает клееный брус более прочным в сравнении с обычным. Максимальный размер сечения брусьев — 270 × 270 мм, цена — 23 000–30 000 руб./м³. К плюсам материала относятся его отличные эстетические качества, минимальная усадка, долговечность (правда, в том случае, если точно соблюдена технология производства). К минусам можно отнести высокую стоимость клееного бруса.
На объект материал доставляют в виде набора брусьев, подобранных и пронумерованных согласно проекту. Еще на заводе нарезают по требуемым размерам «чашки», а также шипы и пазы, поэтому брусья легко и быстро соединяются друг с другом. В качестве межвенцового утеплителя чаще всего используют вспененный полиэтилен толщиной 5 мм. По вертикали брусья скрепляют резьбовыми шпильками. Сооружение коробки дома из клееного бруса занимает от трех недель до полутора месяцев (в зависимости от сложности проекта и размеров здания). А поскольку осадка дома минимальна (10–20 мм на 1 м стены), то отделку можно производить сразу после завершения строительства и праздновать новоселье.
Конечно, деревянное домостроение было, есть и, наверное, будет всегда востребованным в России. Но если говорить о перспективах строительства домов из клееного бруса, все же не за ними будущее. Дело в том, что, затратив весьма серьезные финансовые средства на дорогой элитный материал, вы получите не очень теплый дом, и зимой топить придется, как говорится, ассигнациями.
Согласно СНиП 23-02-2003, ни одно деревянное здание, из какого бы вида материала (бревно, брус) оно ни было построено, не соответствует требованиям по теплозащите, а значит, нуждается в утеплении
Брус, утепленный пенополиуретаном (ППУ)
Впрочем, быстровозводимый деревянный дом может быть энергоэффективным, если его построить из утепленного бруса ППУ. Его производство начинается с заготовки пиломатериалов из хвойных пород дерева. Сырые необрезные доски помещают в сушильные камеры, в которых при температуре до 65°С происходит мягкая сушка древесины до достижения ею остаточной влажности 10–12%. После этого доски обрабатывают на специальных станках, где они превращаются в ламели и вставки заданных размеров. Из полученных деталей собирают каркас бруса ППУ: две ламели соединяют между собой на расстоянии 70 мм одна от другой вставками, расположенными с интервалом 0,5 м, при помощи замка «ласточкин хвост». Таким образом достигается прочность конструкции.
Затем изделия помещают на ленту транспортера, и экструзионная машина заполняет их полости вспененным пенополиуретаном. Застывая, он образует плотную сухую массу и прочно приклеивается к стенкам каркаса. Далее полученную заготовку профилируют на четырехстороннем строгальном станке, в результате чего на верхней и нижней сторонах готового бруса появляются шипы и пазы. Интересно, что профиль у бруса ППУ выполнен таким образом, чтобы при укладке венцов не нужно было прокладывать между ними утеплитель. При сборке дома сначала соединяются заполненные пенополиуретаном части брусьев (пенополиуретан слегка выступает над поверхностью бруса), и только при дальнейшей вертикальной нагрузке стыкуются их профилированные части. Сжатый под усилием пенополиуретан исключает продувание между венцами.
Если обычный профилированный брус доставляют на стройплощадку в виде простого набора брусьев одной длины, то брусья ППУ приходят в виде «конструктора»
На заводе в соответствии с проектными чертежами изготавливают все детали будущего дома. На станках делают венцовые чашки угловых соединений, торцевые прорези под закладку оконных брусков и дверных блоков, а также сверлят отверстия под стальные стяжки.
Из плюсов данной технологии стоит отметить, что пенополиуретан, находящийся между брусьями, не подвержен воздействию грызунов, гниению. Стены из утепленного профилированного бруса не растрескиваются и обладают минимальной усадкой — в пределах 1%. Дом не нуждается в дополнительном утеплении, так что и внутри, и снаружи стеновой материал остается на виду, что особенно ценят приверженцы деревянного домостроения. Брусья гладко отшлифованы на заводе, их нужно только затонировать в выбранный цвет. Ну а для особо взыскательных заказчиков брус ППУ с внутренней стороны может быть изготовлен из древесины кедра.
Панели из клееного бруса
Еще одна возможность построить за сезон деревянный дом — использовать в качестве стенового материала панели из клееного бруса. Из высушенной древесины хвойных пород склеивают плиты толщиной 80–300 мм, шириной до 3 м и длиной до 12 м. Согласно проекту на заводе из них делают стены, перегородки и перекрытия дома. В панелях вырезают проемы под окна и двери и фрезеруют пазы для прокладки инженерных коммуникаций. Затем комплект дома привозят на стройплощадку. Минус данной технологии (не перекрывающий, впрочем, ее плюсов) — необходимость строительного крана, с помощью которого панели подают на место сборки. Панели выравнивают по вертикали и стягивают саморезами. В России первый подобный дом возвели за три дня. Изнутри стены можно оставить без отделки, а снаружи их утепляют (150 мм) и оштукатуривают либо обшивают блок-хаусом или другим материалом. Такой дом соответствует требованиям и экологии, и теплоизоляции. Правда, по цене доступен далеко не всем. Так что говорить о массовом строительстве в этом случае пока не приходится.
Каркасные технологии
Тот, кто хоть немного интересуется вопросами частного домостроения, знает, что одна из наиболее скоростных технологий — каркасная. Еще лет десять назад у наших соотечественников бытовало мнение о «каркасниках» как о домах ненадежных, хлипких, которые годятся разве что для летней дачи. Сегодня каркасные технологии набирают обороты не только в США, Канаде и Европе, где они являются, скорее, традиционными, но и в России. Немаловажен для отечественных застройщиков тот фактор, что каркасный дом можно сделать достаточно теплым, приблизив к современным требованиям энергоэффективности здания.
Наиболее известны три варианта каркасного дома: каркасно-рамочный (его еще называют канадским), панельно-каркасный (немецкий) и дом из SIP-панелей (американский)
Канадская технология
Особенностью канадского варианта является то, что все заготовки для коттеджа (их производят в заводских условиях) поступают на площадку в виде отдельных деталей строительного конструктора. Основой здания служит каркас, состоящий из балок, брусьев и ферм. Для их изготовления применяют либо качественный строганый пиломатериал хвойных пород, высушенный в камере до 18%-й влажности, либо клееный брус (это более дорогой вариант). Снаружи чаще всего дом обшивают ориентированно-стружечными влагостойкими плитами ОSB (Oriented Strand Board) толщиной 12 мм. Некоторые компании используют для этой цели 12-миллиметровые цементно-стружечные плиты либо с наружной стороны — ОSB-плиты, с внутренней — мягкие древесные плиты толщиной 100 мм. Тепловую защиту здания создают, как правило, при помощи базальтовой ваты (общая толщина слоя — 150–200 мм). С внутренней стороны каркаса теплоизоляцию закрывают пароизоляционной пленкой, с внешней — ветрогидрозащитной. «Пирог» стены изнутри завершают листы гипсокартона, служащего основой под финишную отделку, снаружи — разнообразные отделочные материалы: блок-хаус, вагонка, сайдинг, штукатурка и т. д.
К достоинствам канадского варианта относятся высокие тепло- и энергосберегающие характеристики здания, возможность возводить дома геометрически сложной конфигурации, а также то, что строительство может вестись в любое время года без потери качества. К недостаткам — проблема вентиляции, присущая всем типам каркасных домов. Оптимальное решение (так делают за рубежом) — установить систему климат-контроля. Однако можно ограничиться и принудительной вентиляцией, хотя бы на кухне и в санузлах, а воздухообмен в жилых помещениях обеспечить обычным проветриванием. В противном случае в доме будет тяжело дышать, влага станет накапливаться в утеплителе, из-за чего он может утратить свои теплозащитные свойства, а каркас — подвергнуться гниению.
Стоимость каркасно-панельных домов колеблется от 15 000 до 27 000 руб./м²
Взвешивая все «за» и «против» канадского варианта, стоит подумать еще вот о чем. В Канаде широкая популярность этой технологии объясняется очень строгими правилами приемки дома национальной госинспекцией, проверяющей объект дважды: на этапе сборки всех элементов панели, за исключением внутренней обшивки, и на стадии сдачи коттеджа. В России такой госприемки нет, а поскольку в данной технологии человеческий фактор играет решающую роль, то качество дома напрямую зависит от опыта работы и квалификации специалистов компании, ведущей строительство. Нередко под маркой канадского дома продаются полукустарные технологии, предусматривающие изготовление стоек каркаса прямо на стройплощадке, причем из невысушенной древесины. В результате постройка может деформироваться вследствие естественной усушки стоек. Дорого обойдется и экономия застройщика на толщине утеплителя или его качестве, на качестве паро- и ветрогидрозащитных пленок и т. д.
Немецкая технология
По этой технологии дом полностью изготавливают на заводе, и на участок застройщика элементы конструкции поступают в виде готовых панелей. Использование автоматической линии позволяет минимизировать ручной труд и добиться высокого качества сборки панелей. Таким образом, человеческий фактор здесь сведен к минимуму. Для каркаса берут только клееный брус (180 × 80 мм). С двух сторон панель обшивают 12-миллиметровыми ОSB-плитами, внутри прокладывают минераловатный утеплитель толщиной 200 мм. С внутренней стороны ОSB закрывают пароизоляционной пленкой, а затем крепят гипсокартон. Снаружи предлагается несколько вариантов отделки. В соответствии с проектом на заводе в панели монтируют окна и двери, прокладывают кабель-каналы под электроразводку. Из панелей изготавливают и межкомнатные перегородки, межэтажные перекрытия, кровельные панели. После окончания сборки готовые изделия грузят на 14-метровые панелевозы и доставляют на стройплощадку частями — ровно столько, сколько надо для одного рабочего дня.
К плюсам данной технологии относятся высокие теплоизоляционные характеристики здания (расходы на отопление панельно-каркасного дома почти в 7 раз меньше, чем на отопление дома из клееного бруса), прочность (постройка выдерживает землетрясения в 10 баллов по шкале Рихтера) и рекордные сроки сборки — 2–3 дня. К минусам — необходимость использования тяжелой техники, что, во-первых, не всегда возможно, а во-вторых, удорожает строительство, а также некоторая ограниченность архитектурных решений. Из сложных геометрических форм доступен только эркер, а вот само здание так или иначе будет представлять собой «коробку».
SIP-технология
Еще одна каркасно-панельная технология — SIP-технология. Ее часто называют канадской, но никакого отношения к Канаде она не имеет. Первые структурные теплоизолированные SIP-панели были произведены в США, и потому правильнее было бы назвать такой метод домостроения американским.
SIP-панель — это комбинация склеенных между собой OSB-плит и пенополистирола (ПСБ-С25). И хотя ни один из материалов не обладает несущей способностью, но в дуэте они образуют прочную монолитную сандвич-конструкцию (OSB/ПСБ/OSB). У данной технологии немало как достоинств, так и недостатков. Здание отлично сохраняет тепло, быстро прогревается. Это хороший вариант для домов некруглогодичного проживания и участков, где отсутствует централизованное газовое отопление. Использование паронепроницаемого утеплителя позволяет избавиться от выпадения конденсата в точке росы внутри стены. Кроме того, поскольку стены из SIP-панелей идеально ровные, гипсокартон на них монтируют без металлических профилей, что ускоряет работу и помогает снизить финансовые затраты.
А теперь о минусах. Главный из них — это пенополистирол, об экологичности и пожаробезопасности которого можно встретить диаметрально противоположные мнения. Хотя специальные добавки и делают материал самозатухающим (на что указывает буква «С» в маркировке ПСБ-С), все же отечественный застройщик пока еще с большим сомнением относится к SIP-технологии, не желая жить в «доме из пенопласта».
Сроки возведения
Какой дом можно считать быстровозводимым? Мнения специалистов на этот счет расходятся. К примеру, существуют каркасно-панельные постройки импортного производства, которые в заводских условиях подготовлены к сборке на 90%. Пока дом изготавливают на заводе, делается фундамент. Сборка занимает не более 23 дней. А через 90 дней заказчик получает дом, полностью готовый к проживанию: с внутренней отделкой, смонтированными инженерными коммуникациями и т. д. Ряд отечественных компаний изготавливают дом на заводе за 2–3 дня. И за такой же срок монтируют его коробку на участке. А вот отделкой предоставляют заниматься заказчику.Подводя итог, можно сказать, что ориентироваться надо не на срок сборки коробки дома, а на время, когда он будет готов к проживанию. Как показывает практика, быстровозводимые дома строятся за три месяца (коробка, тепловой контур, кровля, инженерные коммуникации). Еще один месяц занимает чистовая отделка.